Sistema eletroquímico

∆6 – Funcionamento da pilha de Daniell

Um sistema eletroquímico é formado quando pelo menos 2 eletrodos (metais ou condutores de elétrons) estão em contato com uma solução eletrolítica ou um outro meio que permita a condução iônica.

Neste arranjo mínimo é possível que ocorra uma reação global de oxirredução espontânea entre as espécies em solução e os eletrodos, sendo então o sistema classificado como célula galvânica ou pilha, ou pode-se forçar a ocorrência de uma reação de oxirredução não-espontânea através da imposição de um potencial elétrico, de uma fonte externa, sobre os eletrodos, neste caso o sistema é chamado de célula eletrolítica.

As pilhas e baterias que usamos no dia a dia são exemplos de células galvânicas, enquanto vários produtos como a soda cáustica, hipoclorito de sódio (água sanitária), alumínio, e outros, são produzidos através de eletrólise, empregando células eletrolíticas. Em ambos os tipos de células eletroquímicas, galvânica ou eletrolítica, o eletrodo em que acontece a reação de oxidação é denominado de anodo (entrega elétrons ao circuito externo), enquanto o eletrodo em que acontece a redução é denominado de catodo (recebe elétrons do circuito externo).

As polaridades do anodo e catodo são, entretanto, diferentes para uma e outra célula. Nas células galvânicas o catodo é positivo e anodo é negativo, já nas células eletrolíticas ocorre o inverso, o catodo é negativo e anodo é positivo.

Figura 1

A Figura 1 ilustra os conceitos de células galvânicas e eletrolíticas, bem como mostra a polaridade dos eletrodos.

A célula de Daniel (ou pilha de Daniell) é um exemplo de célula galvânica. Ela foi inventada pelo químico britânico A célula de Daniel (ou pilha de Daniell) é um exemplo antigo de célula galvânica. Ela foi inventada pelo químico britânico John Daniell em 1836, quando o crescimento da telegrafia criou uma necessidade urgente por uma fonte de corrente elétrica confiável e estável. Embora os elétrons não tivessem ainda sido descobertos. Daniell teve a percepção de que poderia arranjar a reação para realizar trabalho, fazendo a separação das semi-reações de oxidação e de redução em sua célula. A reação química é a mesma, mas os reagentes estão separados por uma vasilha porosa. Para que os elétrons passem dos átomos de zinco para os íons Cu 2+, eles devem passar através de um circuito externo (o fio e a lâmpada); e à medida que eles vão de um eletrodo ao outro, podem ser usados para realizar trabalho acendendo a lâmpada.

Na célula de Daniel, as soluções de sulfato de zinco e de sulfato de cobre (II) se encontram dentro da barreira porosa para completar o circuito. Entretanto, quando íons diferentes misturam-se, isto afeta a voltagem medida de tão variadas maneiras, que são difíceis de medir. Para prevenir a mistura das soluções, os químicos usam ponte salina para unir os dois compartimentos de eletrodo e completam assim o circuito elétrico. Uma ponte salina típica consiste de um gel contendo uma solução salina aquosa concentrada em tubo em forma de ponte. A ponte permite o fluxo de íons, e assim